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煤矿开采对上覆含水层影响的数值模拟研究

作　者: 樊燕
导　师: 张永波
学　校: 太原理工大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 煤矿开采导水裂隙带上覆含水层数值模拟九鑫煤矿
分类号: TD741
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

煤炭资源的开发为国民经济的持续稳定发展做出了重大贡献,然而却使与之关系密切的上覆含水层受到影响甚至破坏。这是由于煤矿开采形成了不同采掘深度、不同大小的采空区,其顶板的上覆岩层失去支撑而依次出现冒落、塌陷和断裂裂隙,这些裂隙成为采空区以上各类含水层中地下水快速向下渗漏的通道,致使上覆含水层地下水资源储量减少且动态平衡和生态环境遭到破坏。因此,为了保护地下水资源,研究煤矿开采对上覆含水层的影响具有十分重要的意义。本文以偏关县九鑫煤矿为背景,在充分分析该煤矿生产情况及矿区自然地理概况、地质条件、水文地质条件的基础上,对水文地质条件进行概化并建立垂向一维水流数学模型,并采用有限差分法,利用Visual Modflow软件进行地下水流数值模拟。通过改变煤层开采厚度、煤层顶板距新近系含水层底板的距离以及隔水层渗透系数,分析煤矿开采对上覆含水层造成的影响。得到的主要结论如下：(1)在水文地质参数不变的情况下,随着煤层开采厚度的不断增加,导水裂隙带发育高度逐渐增大,首先到达新近系含水层,该含水层水位迅速下降,在采厚为6m时,历经300天含水层疏干。当采厚增加到12m时,疏干时间提前到120天。之后裂隙带随着采厚的加大逐渐延伸到第四系含水层底板,该含水层受到影响,水流向下运动速度加快,水位持续下降,采厚为1Om时,历经60天该含水层疏干。(2)在水文地质参数不变,固定采厚为4m的情况下,在煤层顶板距新近系含水层底板距离小于50m时,含水层水位持续下降,含水层受到影响。在该距离为30m时,历经180天,第四系含水层疏干。当距离逐渐增大到50m以上时,水位只是小幅度下降,在整个模拟期内两含水层均未疏干。(3)在水文地质参数不变,固定采厚为4m的情况下,随着隔水层渗透系数的依次增加,水位下降幅度逐渐增大,在模拟期的300天时,水位下降到新近系含水层底板,含水层全部疏干。而第四系含水层水位变化较小,均小于1m,且滞后于新近系含水层,在整个模拟期内该含水层均为部分疏干。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-9
第一章绪论  9-15
  1.1 研究的目的和意义  9
  1.2 国内外研究现状及存在的问题  9-13
    1.2.1 煤矿开采对地下水的影响研究  9-12
    1.2.2 地下水数值模拟研究  12-13
  1.3 本文研究内容及技术路线  13-15
第二章煤矿及矿区概况  15-29
  2.1 煤矿生产建设情况  15-18
    2.1.1 九鑫煤矿开发简述  15
    2.1.2 矿井开拓方案  15-17
    2.1.3 可采煤层储量  17-18
  2.2 自然地理概况  18-21
    2.2.1 地理位置及交通  18
    2.2.2 地形与地貌  18
    2.2.3 气象与水文  18-21
  2.3 地质条件  21-25
    2.3.1 地层特征  21-22
    2.3.2 地质构造  22
    2.3.3 可采煤层  22-25
  2.4 水文地质概况  25-26
    2.4.1 主要含水层  25-26
    2.4.2 主要隔水层  26
  2.5 矿井充水因素分析及涌水量  26-29
    2.5.1 矿井充水因素分析  26-27
    2.5.2 矿井涌水量  27-29
第三章煤矿开采对地下水的影响机理分析  29-33
  3.1 煤矿开采对地下水的影响机理  29
  3.2 煤矿开采对地下水破坏的主要因素  29-31
  3.3 煤矿开采对上覆含水层的影响分析  31-33
第四章数值模型的建立  33-45
  4.1 水文地质条件概化  33-36
  4.2 数学模型的建立  36
  4.3 数学模型求解  36-39
  4.4 模型的运行过程  39-40
  4.5 模型的识别与检验  40-45
    4.5.1 模型识别  40-42
    4.5.2 模型检验  42-45
第五章煤矿开采对上覆含水层影响的数值模拟研究  45-69
  5.1 模拟方案确定  45-46
  5.2 计算参数的确定  46-52
  5.3 采煤对新近系含水层的影响分析  52-60
    5.3.1 考虑煤层开采厚度的变化  52-55
    5.3.2 考虑煤层顶板距新近系含水层底板距离的变化  55
    5.3.3 考虑隔水层渗透系数的变化  55-60
  5.4 采煤对第四系含水层的影响分析  60-69
    5.4.1 考虑煤层开采厚度的变化  60
    5.4.2 考虑煤层顶板距新近系含水层底板距离的变化  60-65
    5.4.3 考虑隔水层渗透系数的变化  65-69
第六章结论及建议  69-71
  6.1 结论  69-70
  6.2 存在的不足及其建议  70-71
参考文献  71-75
致谢  75-77
攻读学位期间发表的学术论文目录  77

煤矿开采对上覆含水层影响的数值模拟研究

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